大伙房水庫飲用水水源地水環境安全評價

趙變普

(遼寧水利土木工程咨詢有限公司，遼寧 沈陽 110000)

1 水環境安全評價方法

1.1 水庫概況

大伙房水庫坐落于撫順市境內，承擔著盤錦、鞍山、遼陽、撫順、沈陽、營口、大連7個城市和2300萬人口生活供水任務，也是全國九大重點城市供水水源地之一。該水庫兼具灌溉、防洪、供水、發電和養殖等功能，總庫容為21.87億m3，其中防洪庫容11.82億m3，汛限水位為126.40m，最高水位為138.80m，死水位為108.00m，最大水深為37.0m。庫區水面最寬處寬4km，東西長35km，最大蓄水面積為114km2，樞紐總泄量為16.295m3/s，入庫河流有社河、蘇子河、渾河，屬于帶狀河谷型水庫。水庫上游為山區，占流域面積的60%，海拔為400～800m；水庫中游為丘陵地帶，地形較緩且面積較少，占全流域2%；水庫下游至沈陽附近逐漸進入平原區，占流域面積的1/3以上，為遼寧地區重要的工業基地和產量基地。水電站發電量為5600kW·h，總裝機容量為3.2萬kW，庫區水產養殖規模大，被譽為自然“大水缸”[1- 7]。

近年來，隨著經濟社會的發展、城鎮化進程的加快以及污染控制工程的滯后，庫區水源地污染物含量不斷增多，水資源供給矛盾及流域水環境問題日趨突出，下游河道斷流、水華事件頻發。調查顯示，大伙房水庫污染屬于富營養類型，其中流入水庫的三條河排污是造成污染主要原因，尤其是渾河工業廢水排放最為突出，歷史上7—8月曾多次發生“藻花”事件，污染因素以BOD5、懸浮物和COD為主。大伙房水庫作為城市供水水源地，其水環境安全狀況直接影響著沿河居民的身體健康和飲水安全。因此，文章以大伙房水庫飲用水水源地為例，為綜合反映庫區水環境狀況探究了多級指標體系和水環境安全評價方法，以期為保障城市飲用水安全和水源地水環境治理提供科學指導。

1.2 評價指標體系

人為性和自身性屬于水庫水環境安全的二元屬性，結合水源地安全現有研究成果、水庫功能和水環境安全的概念，提出的水生態、水質和水量安全為庫區水環境安全評價的主要內容[8- 10]。最終，從多個方面選擇11項指標，借鑒DPSIR概念模型構建安全評價體系，如圖1所示。

圖1 水環境安全評價體系

1.3 綜合評價方法

水環境安全評價涉及范圍廣、因素多，且不同因子間存在復雜的聯系，考慮單項指標值無法全面反映水安全的整體狀況，所以采用加權求和法確定綜合評分值。將歸一化后的因子值fi和權值wi進行加權求和，由此獲取水安全綜合評分P，其表達式為

(1)

1.4 水環境安全等級

目前，尚未形成普遍適用、統一完善的水環境安全評價標準分級方法。考慮到實際需要，并借鑒水資源領域等級劃分原則，采用均分的方法將大伙房水庫水環境安全劃分為5個等級，從優到劣排列：預警級別為Ⅰ級(安全)、Ⅱ級(較安全)、Ⅲ級(預警)、Ⅳ級(中警)、Ⅴ級(重警)，見表1。

表1 水源地水環境安全等級劃分

2 結果與分析

2.1 水量安全評價

為反映飲用水水源地的水資源利用現狀評價水量安全狀況，客觀評價來水情況。枯水年大伙房水庫的最小生態需水保證率、來水保證率和工程供水能力都達到68%、95%、91%，水量安全評價標準及指數見表2。

表2 水量安全評價標準及指數值

2.2 水質安全評價

針對水源地的水質安全評價標準、水質指標和單項安全指數，結合地表水、地下水質量標準和《城市飲用水水源地安全狀況評價技術細則》(以下簡稱細則)綜合確定。根據全國水資源綜合規劃技術細則，科學評價大伙房水庫水源地富營養化狀況，所涉及的評價方法參考細則推薦的公式[11- 12]。此外，還要考慮水庫水質受新型污染物POPS有機物的不利影響，通過評價水源地水質狀況衡量其安全程度。根據細則推薦的公式和評價體系，確定大伙房水庫水質安全類別，見表3。

表3 大伙房水庫水質安全類別

2.3 水庫富營養化評價

大伙房水庫2009—2018年的富營養化狀態，利用湖泊營養狀態評價標準和渾河流域水資源公報相關數據進行評價。結果顯示，中—富營養型為大伙房水庫水質營養情況，TP、TN為主要富營養指標[13]。根據2009—2018年污染因子監測數據，水庫水質為中度營養的僅有2018年，其他年份均為中—富營養程度，如圖2所示，水體腥臭及入庫河流工業廢水排污問題突出。

圖2 2009—2018年大伙房水庫營養狀態

2.4 基于DPSIR框架的綜合評價

2.4.1評價樣本矩陣

以大伙房水庫2018年監測數據為例，綜合評價水源地水環境狀況，采用相近年份監測數據或相關資料確定無法獲取及沒有監測的數據[14]。

相關指標數據來源及其計算方法如下：采用大伙房雨量站實測數據獲取水庫月降水量數據；考慮到入庫河流攜帶的點源污染占大伙房水庫總污染量的78.5%～89.2%，所以按照河道入庫量確定大伙房水庫污染物入庫量，依據渾河水質監測數據及入庫河流流量確定月入庫污染負荷；大伙房水庫有出口、入口和庫中心水質監測點，采用3個監測點的月平均數據構造樣本矩陣；以TN與TP濃度比作為氮磷比數據；2018年大伙房水庫月尺度水質類別按照地表水水質劃分標準確定，將其與Ⅲ類目標水質相比得到達標率。通過整理與分析各指標數據，構造以月份為序列的樣本矩陣，數據獲取方法及初始值見表4。

表4 水環境安全樣本矩陣

2.4.2指標值及其歸一化

結合大伙房水庫2009—2018年的監測數據，TP、TN、CODMn入庫量的上、下限值利用關系式來確定；然后依據地表水環境質量標準中Ⅰ類和Ⅴ類水的TP、TN、CODMn濃度設定相應的上、下限值，從而確定歸一化的各指標限值，采用極差標準法構造歸一化標準矩陣，見表5。

2.4.3水環境安全綜合評價

評價體系中各層次指標權重利用熵權法求解(表6)，然后采用加權求和法確定2018年大伙房水庫水環境安全綜合指數，按照等級標準確定水安全狀況(表5)。

表5 歸一化標準矩陣

表6 水環境安全評價指標權重

從表5可知，大伙房水庫飲用水水源地水環境狀況良好，達到Ⅱ類較安全等級的有4、5、6、9月，可見此時段水庫水環境對居民飲水安全和身體健康影響較低，水生態功能尚好且水環境破壞程度較低；然而7、8月時段，由于入庫河流排污，特別是渾河工業廢水的排放致使總磷、總氮濃度明顯超標，充足的營養鹽為藻類的生長提供了適宜的條件，該時期水環境達到Ⅲ類預警水平，表明水源地水質惡化、水系統受到破壞，對沿河居民飲水安全與身體健康產生不利影響。冬季，營養鹽濃度較低且污染物入庫量較小，藻類的生長緩慢，所以冬季的水體良好，水環境達到安全水平。

3 結論

(1)通過診斷識別渾河流域存在的水環境問題，統計分析上游大伙房水庫的富營養化特征及水質現狀，從人為、自然的角度揭示了導致富營養的原因，水庫水環境安全主要與污染負荷高、人為干擾等因素相關，氮磷等營養鹽為主要污染物，農藥化肥的過度施用為主要污染源。

(2)大伙房水庫飲用水水源地達到Ⅱ類較安全等級的有4、5、6、9月，綜合指數為0.31～0.38；7、8月時段，由于入庫河流排污，特別是渾河工業廢水的排放致使總磷、總氮濃度明顯超標，該時期水環境達到Ⅲ類預警水平，綜合指數為0.46，表明水源地水質惡化、水系統受到破壞，對沿河居民飲水安全與身體健康產生不利影響。